流變學(xué)第三章part1-2(編輯修改稿)
2025-02-12 17:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 件，與圓管接觸的流體層是靜止的。即 Vz(R)=0 非線性粘性（非牛頓流體） 非牛頓流體：與牛頓流體本構(gòu)關(guān)系不相符合的粘性流體。 ? 非牛頓型流體是一大類實(shí)際流體的統(tǒng)稱，高分子液體歸屬其中。一般地說，凡流動性能不能用牛頓定律來描述的流體，統(tǒng)稱為非牛頓型流體。 高分子流體剪切粘度 ? 高分子流體的流動行為比較復(fù)雜，圖給出典型高分子熔體的流動曲線。由曲線知，剪應(yīng)力σ 21 與剪切速率不能始終維持線性比例關(guān)系。 高分子流體的表觀剪切粘度： ①它等于曲線上一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率。 ②表觀粘度意義 —— 不是材料不可逆形變難易程度的真正度量，實(shí)際是材料所經(jīng)歷的不可逆的粘性流動和可逆的彈性形變匯合在一起所反映的剪應(yīng)力和剪切速率之比，它比材料的真實(shí)粘度值要小。 21 ()()arrr?????? 高分子流體微分粘度或稠度 在同一高分子流體流動曲線上，同時可定義 ()()cdrrr??????為微分粘度或稠度，它等于過曲線上一點(diǎn)的切線的斜率。 顯然按習(xí)和慣， η c和 η a的單位也取 。 ca??? 零剪切黏度 :熔融態(tài)的高分子宛如亂成一團(tuán)柔軟而糾纏的線球，雖然每一條分子鏈都在努力蠕動著，但是由于分子鏈與鏈之間的糾纏點(diǎn)卻有效的維系著彼此結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。所以初期很小的剪力 (shear force)并無法超越結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)依然保持著，是以黏度居高不下，類似牛頓流體 (黏度恒定不隨剪率而變化 )，所以稱為“零剪切黏度 (zeroshear viscosity)” 通俗地說，零剪切粘度就是剪切速率為零時的粘度，一般用 η 0表示，實(shí)驗上無法直接測得，需要外推或用很低剪切速率的粘度近似。 第一、第二法向應(yīng)力差函數(shù) ? 定義： 高分子液體在剪切流場中，除表現(xiàn)有粘性外，還表現(xiàn)出奇異的彈性行為，存在法向應(yīng)力差效應(yīng)。根據(jù)第一、第二法向應(yīng)力差函數(shù) N N2 ，可以定義 222 3312 22()N ????????????為第一、第二法向應(yīng)力差系數(shù)，單位是 法向應(yīng)力差效應(yīng)在牛頓流體中并不出現(xiàn)，它是粘彈性流體流動時彈性行為的主要表現(xiàn)，一般為剪切速率的函數(shù)。 高分子液體的法向應(yīng)力差隨剪切速率變化規(guī)律如圖。主要特征是：第一法向應(yīng)力差 N1一般為正值，且隨剪切速率增大而增大，第二法向應(yīng)力差 N2為負(fù)值，其絕對值遠(yuǎn)小于 N1。 高分子液體的法向應(yīng)力差主要特征為： 高分子液體第一法向應(yīng)力差系數(shù) ? 高分子液體的第一法向應(yīng)力差系數(shù) ?1隨剪切速率的變化規(guī)律如圖。剪切速率很小時， ?1趨向一恒定值 ?10；當(dāng)剪切速率增大時，第一法向應(yīng)力差系數(shù) ?1隨剪切速率增大而減小 。 因為第一法向應(yīng)力差遠(yuǎn)大于第二法向應(yīng)力，且第一法向應(yīng)力差系數(shù)易測，通常在表征聚合物應(yīng)力狀態(tài)下，多用第一法向應(yīng)力差來表示。 法向應(yīng)力差產(chǎn)生的原因 ? 法向應(yīng)力差是聚合物材料彈性的主要表現(xiàn)；彈性是由于鏈段的取向造成的，而大分子之間的纏結(jié)又大大有利于形變時鏈段的彈性回復(fù)。 Weissenberg效應(yīng) 法向應(yīng)力差的影響 擠出脹大 ? 定義： 在拉伸流場中，通過測量拉伸速率和拉伸應(yīng)力，可以定義拉伸粘度函數(shù)。我們考慮穩(wěn)態(tài)單軸拉伸，指拉伸速率 ?e為恒定值。設(shè) x1方向為拉伸方向 , 體系的穩(wěn)態(tài)單軸拉伸粘度定義為 : 式中 T11為拉伸方向的總法向應(yīng)力 拉伸粘度函數(shù) 不同液體拉伸粘度的特點(diǎn)： 對粘度為常數(shù)的流體，拉伸粘度又稱 Trouton粘度， ηT，它與剪切粘度的關(guān)系為： η T=3η 0 單軸拉伸 η T=6η 0 雙軸拉伸 高分子液體的拉伸粘度要復(fù)雜得多，高分子液體的拉伸粘度 往往是其剪切粘度的 102103倍。而且拉伸粘度不等于常數(shù)值， 拉伸粘度隨拉伸應(yīng)力的變化比其剪切粘度隨剪切應(yīng)力的變化 顯示出復(fù)雜得多的性質(zhì)。 高分子液體的剪切粘度隨剪切應(yīng)力增大通常是降低的（剪切變稀行為），而其拉伸粘度隨拉伸應(yīng)力的變化規(guī)律有多種類型。 （ 1）有些高分子材料的拉伸粘度幾乎與拉伸應(yīng)力的變化無關(guān)，近似為常數(shù)值。（低聚合度的線性聚合物） 。 （ 2）有些高分子材料的拉伸粘度，當(dāng)拉伸應(yīng)力增至約等于開始出現(xiàn)剪切變稀的剪切應(yīng)力值時，反隨著應(yīng)力增大而增大。（拉伸硬化） （支化聚合物） 。 （ 3）另一些高分子材料，從這個臨界應(yīng)力起，拉伸粘度隨著拉伸應(yīng)力增大而減小 。（拉伸變?。?高聚合度的線性聚合物 ） 應(yīng)用 實(shí)驗表明，當(dāng)一種材料的拉伸粘度隨拉伸速率增大而增大，則這種材料的纖維紡絲過程將變得容易和穩(wěn)定。其原因是，若在紡絲過程中，纖維上的某處偶然出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，使該處截面積變小，拉伸速率增大，但由于材料的拉伸粘度隨拉伸速率增大而增大，將阻礙該薄弱點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)展，使絲條復(fù)原，紡絲過程穩(wěn)定。 拉伸粘度的影響因素 拉伸應(yīng)力： 溫度： 分子量分布： 當(dāng)重均分子量不變時， Mw/Mn越小，即分子量分布越窄，拉伸粘度越低。 非牛頓流體的分類 流動行為與時間無關(guān)： ? 賓漢塑性體 ? 假塑性流體 ? 脹流性流體 流動行為與時間有關(guān) ? 觸變性流體 ? 震凝性流體 凡是不符合牛頓流體公式的流體，統(tǒng)稱為非牛頓流體。 110Te
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